[發明專利]基于單光子探測與圓偏振調制的水下光通信系統及方法

有效

• 申請號: 201910960611.3
• 申請日: 2019-10-10
• 公開（公告）號: CN110971308B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 李文東;李凡;王碩;趙士成;韋育;于永河;顧永建
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: H04B10/70
• 分類號: H04B10/70;H04B10/516;H04B13/02
• 代理公司: 青島海昊知識產權事務所有限公司 37201
• 代理人: 張中南;邱岳

基于單光子探測與圓偏振調制的水下光通信系統及方法，其裝置包括計算機、收發電路、自穩云臺和光學天線，裝置中包含偏振解調光路與偏振調制光路，首先由一端發射信標光，被另一端望遠鏡接收并記錄下成像光斑位置，據此進行精跟蹤；通信時一端的合束光變為圓偏振光后經望遠鏡發射至另一端望遠鏡；信號光被接收后變為水平偏振或垂直偏振光，進入探測器一或二。采用左旋、右旋偏振調制。其系統有兩個相同的裝置構成。可用于水面與水下通信或水下與水下通信。本發明基于單光子探測技術，可將光信號的探測精度提升到單光子量級，在保持發射光脈沖強度不變的前提下有效延長水下光通信距離，采用圓偏振調制方法及相應的糾錯方案，保障了信息的有效傳輸。

技術領域

本發明涉及一種水下光通信系統，具體涉及一種基于單光子探測與圓偏振調制的水下光通信系統及方法，屬于單光子探測、光子左旋和右旋偏振調制技術領域。

背景技術

常規的水下無線通信方式如水聲通信、電磁通信等速率較慢，安全性較低，而可見光波段中的藍綠光在水中的衰減系數較小，因此可用藍綠激光實現高速的水下通信系統。

單光子探測技術隨量子信息發展起來，因探測靈敏度可以達到單個光子級別，可在保持光源功率不變的情況下進一步提升光通信距離。

水下光通信若采用常規的強度調制方式，因為到達單光子量級的光脈沖由于水體信道吸收、探測效率和脈沖中光子數分布等因素，在探測時會出現較多丟失脈沖的現象，會給這些通信帶來較大的誤碼率，很難使光脈沖衰減到單光子能量級別正常通信。因此在利用單光子探測技術提升通信距離的同時，需要建立有效的調制和糾錯方法保證較高的通信速率，還要充分考慮背景光干擾等復雜環境因素的影響。

發明內容

本發明目的在于提供一種基于單光子探測與圓偏振調制的水下光通信系統及方法，以彌補現有技術的不足，實現更遠距離的高速高效水下光通信。

基于單光子探測與調制的水下光通信收發裝置，其特征是包括由計算機進行控制的收發電路、安裝在自穩云臺上的光學天線，且收發電路對光學天線中的激光器一、激光器二、探測器一、探測器二、信標光激光器進行控制；

所述光學天線還包括望遠鏡、精跟蹤壓電偏擺鏡、精跟蹤ARM處理器、起偏器一、起偏器二、全反鏡、PBS（偏振分光棱鏡）、分束鏡一、濾光片一、偏振補償鏡、QWP（四分之一波片）、解調PBS、二向色鏡、分束鏡二、濾光片二和ICCD（增強電荷耦合器件）；

本裝置中，偏振調制光路包含激光器一、全反鏡、起偏器一、激光器二、起偏器二、QWP、PBS；

偏振解調光路包含QWP、濾光片一、偏振補償鏡、解調PBS、探測器一和探測器二；偏振解調光路與偏振調制光路共用一個QWP；

信標光激光器發射的信標光依次透過分束鏡二、二向色鏡后被精跟蹤壓電偏擺鏡反射至望遠鏡而向外發射，且該向外發射的信號光經過水體信道射出至另一收發裝置的光學天線的望遠鏡；

被望遠鏡接收到的信標光則首先被精跟蹤壓電偏擺鏡反射，然后透過二向色鏡而被分束鏡二反射，并經濾光片二射向ICCD，所述ICCD記錄下該信標光的成像光斑位置，精跟蹤ARM處理器通過所述自穩云臺來控制精跟蹤壓電偏擺鏡的偏轉角度；

激光器一發射的激光經全反鏡反射后，經過起偏器一調制成垂直偏振再經PBS反射；

激光器二發射的激光透過起偏器二調制成水平偏振后經PBS與激光器一發射的激光合束；

合束光經分束鏡一、QWP后變為圓偏振光，依次被二向色鏡、精跟蹤壓電偏擺鏡反射至望遠鏡而向外發射，且該向外發射的信號光經過水體信道射出至另一收發裝置的光學天線的望遠鏡；